TWI586008B - 鐵電裝置，互連器及其製法 - Google Patents

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TWI586008B TW102120128A TW102120128A TWI586008B TW I586008 B TWI586008 B TW I586008B TW 102120128 A TW102120128 A TW 102120128A TW 102120128 A TW102120128 A TW 102120128A TW I586008 B TWI586008 B TW I586008B
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莫薩 沙雷
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Description

鐵電裝置，互連器及其製法
相關申請案之相互參照
本申請案主張於2012年6月6日提出之美國臨時申請案第61/656,135號及2012年9月26日提出之美國專利申請案第61/705,782號的權利，此二專利文件的揭示均以全文引用之方式併入本文中。
本揭示大致關於鐵電裝置及互連器及其製法，尤其是關於包有機鐵電薄膜裝置及互連器及其製法。
鐵電材料之特徵係在無電場之下自發性極化，其在施加低於擊穿場之電場時可逆。鐵電材料係用於各種電子裝置，諸如電容器、壓電裝置、光學調變器、儲存媒體、記憶體裝置等。
記憶體技術可廣泛分為兩類：依電性及非依電性。依電性記憶體(諸如SRAM(靜態隨機存取記憶體)及DRAM(動態隨機存取記憶體))在移除電力時喪失其內容，然而以ROM(唯讀記憶體)技術為基礎之非依電性記憶體在 移除電力時不會喪失其內容。DRAM、SRAM及其他半導體記憶體廣泛用於電腦及其他裝置中之資訊處理及高速儲存。近年來，已引入電可抹除可程式化ROM(EEPROM)及快閃記憶體作為將資料作為浮閘極中之電荷儲存的非依電性記憶體。非依電性記憶體(NVM)係用於各式各樣商用及軍用電子裝置及設備，諸如手持式電話、無線電及數位相機。該等電子裝置的市場持續需要具有更低電壓、更低能耗及晶片尺寸縮小的裝置。
撓性電子設備因其應用範圍(例如智慧卡、生物醫學感測器及可摺疊天線)之故，近來備受矚目。為了實現該等應用，需要發展用於資料儲存或射頻轉頻器(RFID)之撓性非依電性記憶體裝置。迄今所提出之包含有機材料的大部分撓性非依電性記憶體係以小分子有機聚合物為基礎，原因在於小分子有機聚合物具有良好機械撓曲特徵。然而，即使與該等類別之材料相關的半導體聚合物，低結晶度及因此之低導電率造成原製造態裝置的性能相當低。因此，仍需要製造以有機鐵電為基礎之裝置及互連器的材料及方法。若此等裝置及互連器為撓性則具有進一步優點。
在一具體實例中，鐵電裝置其包含基板；配置在該基板上之第一電極；配置在該第一電極上並與其接觸之鐵電層；及配置在該鐵電層上並與其接觸之第二電 極，其中該第一電極及第二電極中之至少一者為包含經摻雜導電有機聚合物之有機電極。
在其他具體實例中，製造鐵電裝置之方法包括：將第一電極配置在基板上；將鐵電層配置在該第一電極上；及將第二電極配置該鐵電層上，其中該第一電極或第二電極中至少一者為包含經摻雜導電有機聚合物的有機電極，且其中配置該有機電極包括：從包含本質導電性聚合物、摻雜劑及溶劑之組成物形成層；及從該層移除該溶劑以提供該電極。
在又另一具體實例中，電裝置包含鐵電層和電連接該電裝置之至少兩個電組件的互連器，其中該互連器包含經摻雜導電有機聚合物。
100/900‧‧‧鐵電裝置
101/901‧‧‧基板
102‧‧‧第一電極106之第一側
104‧‧‧第一電極106之第二側
106/906‧‧‧第一電極
108‧‧‧鐵電層112之第一側
110‧‧‧鐵電層112之第二側
112/212/912‧‧‧鐵電層
114‧‧‧第二電極116之第一側
116/916‧‧‧第二電極
200‧‧‧電裝置
201‧‧‧基板
220/222‧‧‧電組件
224‧‧‧互連
以下圖式係範例具體實例，其中類似元件具有相同編號，且其中：圖1顯示全有機鐵電電容器；圖2顯示具有有機互連器之裝置的具體實例；圖3為在10Hz之頻率的極化(P)相對於電場(E)磁滯迴線測量之圖解；圖4為從圖3中之磁滯迴線所得之矯頑場的正部分之圖解；圖5為在120MV/m之鐵電電容器的切換特徵之圖解，具有dP/d(log t)相對於表示個別切換次數之峰； 圖6為圖5中所使用之鐵電電容器中的殘留極性之圖解；圖7為具有Pt電極以及摻雜DMSO及未摻雜之PEDOT-PSS電極的裝置之介電常數(左軸)及介電損失(右軸)的介電光譜研究之圖解；圖8為顯示具有Pt電極、PSS電極及摻雜DMSO之PEDOT-PSS電極的P(VDF-TrFE)膜之相對極化的電疲乏性質之圖解；圖9圖示說明包含具有噴墨印刷圖案之電極的鐵電裝置。
圖10為以下之頻閃飛行中影像(stroboscopic in-flight images)：P(VDF-TrFE)之PEDOT：PSS單一液滴形成及脫離(上排)以及尾部伸長率，且即使在180微秒(μs)之後亦無斷裂。
圖11(a)為在塑膠基板上之印刷PEDOT：PSS線的光學顯微影像，其中間距係設為250μm；圖11(b)圖示施加至壓電列印頭以安定PEDOT：PSS油墨之典型電壓脈衝；圖11(c)為顯示PEDOT：PSS線邊緣之高回掃AFM影像；及圖11(d)為顯示約27nm之粗糙度(Rrms)的印刷PEDOT：PSS特徵的表面形態，其中該掃描區域為10μm×10μm；圖12(a)為顯示凹面噴墨印刷PEDOT：PSS線輪廓之裝置的白光干涉影像；圖12(b)及(c)在ULTEM® 1000B上之實際裝置的相片，其中透明度及可撓性可分別 在(b)及(c)中辨別；圖13(a)顯示在120MV/m之電場下於1Hz及10Hz所測量的鐵電電容器之磁滯迴線；圖13(b)顯示針對至高達100kHz之頻率所測量之電容-電壓曲線；及圖13(c)顯示在100Hz至50kHz於室溫下所測量之介電常數(左軸)及介電損失(右軸)；及圖14(a)圖示顯示dP(=P*-P^)相對於頻率之噴墨印刷PEDOT：PSS電極電容器的正規化疲乏行為，其中P*係來自PUND測量之(剩磁+非剩磁極化)，及P^為非剩磁極化，其中裝置係在10Hz之切換頻率與120MV/m下受到應力；且該插圖顯示此研究所使用之電壓曲線及測量方案；圖14(b)顯示顯示在電疲乏之前及之後的磁滯曲線比較，其表示Pr降係初始值的45%。
發明詳細說明
本發明人已發展鐵電裝置及以經摻雜導電有機聚合物為基礎代替導電金屬之互連器。使用經摻雜導電有機聚合物可提高鐵電裝置及互連器之導電率及性能，使得目前可製造能與以矽基板為基礎之金屬導電電極及互連器的性能媲美之裝置及互連器。此外，使用經摻雜導電有機聚合物電極及互連器比起金屬可大幅改善鐵電裝置及互連器之疲乏性能。
由於經摻雜導電有機聚合物有利地容許在低 溫下處理，故其尤其可用於製造在有機聚合物基板上製造的電裝置。具有金屬接點之無機裝置因需要高溫處理，故難以製造在有機聚合物基板上。此外，由薄金屬線(諸如銅)或透明導電氧化物(諸如銦錫氧化物(ITO))製成的電極及互連器昂貴，並且在撓性裝置中易於在撓曲應力下或因溫度波動而龜裂或剝層，從而導致漏電流。此外，已知以金屬電極及互連器製造之撓性鐵電電裝置在該等裝置之重複電流循環下遭遇明顯疲乏。反之，使用本文所述之經摻雜導電有機聚合物可輕易地以低成本製造撓性全有機薄膜裝置及互連器。
通常，本文所述之鐵電裝置包含基板、包含經摻雜導電有機聚合物之第一有機電極或有機互連器，及一或多個配置在該等電極之間或與該互連器接觸的鐵電層。
任何基板可用於鐵電裝置，包括矽、玻璃、石英、熔融矽石等。在一具體實例中，基板為撓性。撓性基板通常包括聚合物，天然(例如紙或布料)及合成二者，尤其是熱塑性聚合物，諸如聚(碳酸酯)、聚(酯)，諸如聚(對苯二甲酸乙二酯)、聚(萘二甲酸乙二酯)、聚(醚醚酮)、聚(醚碸)、聚(醚醯亞胺)、聚(醯亞胺)、聚(降莰烯)、前述聚合物之共聚物等。該基板可為透明及/或撓性。特定基板為聚(醚醯亞胺)，例如得自Sabic Innovative Plastics商品名為ULTEM®之聚(醚醯亞胺)。
有機電極或有機互連器包含經摻雜導電有機 聚合物，該經摻雜導電有機聚合物包含本質上具有導電性之有機聚合物及提高該本質上具有導電性之有機聚合物之導電率的摻雜劑。任何本質上具有導電性之有機聚合物均可使用，其條件係可經摻雜以提供所需之導電率，並具有適用於鐵電裝置之其他性質。本文所使用之「本質上具有導電性之有機聚合物」包括導電或半導體聚合物。此等聚合物通常具有具備不受環境因素(諸如相對濕度)影響之導電性質的(聚)-共軛n電子系統(例如雙鍵、芳環或雜芳環，或三鍵)。可用本質上具有導電性之有機聚合物可具有107ohm-cm或更低，106ohm-cm或更低，或105ohm-cm或更低之電阻率。含有全碳芳環之本質上具有導電性之有機聚合物可為例如聚(伸苯基)、聚(萘)、聚(薁)、聚(茀)、聚(芘)，或其共聚物。具有含氮芳環之本質上具有導電性之有機聚合物可為例如聚(吡咯)、聚(咔唑)、聚(吲哚)、聚(氮呯)，或其共聚物。具有含硫芳環之本質上具有導電性之有機聚合物可為例如聚(噻吩)、聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)，或其共聚物。其他本質上具有導電性之有機聚合物可為例如聚(苯胺)(PANI)、聚(對苯硫醚)、聚(乙炔)、聚(對伸苯基乙烯)，或其共聚物。可使用包含前述本質上具有導電性之有機聚合物之任何一或多者的組合物。例如，鐵電裝置中所使用之本質上具有導電性之有機聚合物可為在100nm層厚度時電阻率低於1×102ohm-cm之聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT-PSS)。
為了提高本質上具有導電性之有機聚合物之 傳導率，對該等聚合物摻雜使導電率相對於未經摻雜本質上具有導電性之有機聚合物之導電率提高為相等或大於兩個等級的摻雜材料(「摻雜劑」)。即使本質上具有導電性，單獨使用該等聚合物作為鐵電裝置中之電極導致穿過電極的大幅電壓降，導致較高矯頑場及操作電壓，增加切換時間及更明顯的頻率分散，因而限制該等聚合物電極在低頻率應用中的用途。已意外發現，摻雜該聚合物大幅改善該等裝置的導電率，使之具有與含金屬導體(例如鉑或金)之裝置相似的性能性質。
通常，摻雜材料可為能有效使該本質上具有導電性之有機聚合物之導電率提高至所需程度而不會顯著負面影響該本質導電性聚合物的所需性質(例如可撓性、耐熱性、透明度、成本、加工容易度等)之任何有機化合物。此外，有用的是該摻雜劑具有大於或等於120℃，或大於或等於150℃之沸點，以在裝置製造期間促進水之移除。亦有用的是該摻雜劑在摻雜溫度(例如10至50℃，尤其是25℃)為液態或可與該本質上具有導電性之有機聚合物及水的溶液混溶。例如，該摻雜劑可為乙二醇、二甲亞碸(DMSO)、二甲基甲醯胺(DMF)、甘油、山梨醇、六甲基磷醯胺等，或包含前述摻雜劑中至少一者的組合物。不受理論限制，一般亦認為在特定具體實例中，摻雜材料可作為能使經摻雜導電聚合物退火之塑化劑，從而提高該聚合物之結晶部分，此可用以調節晶體的定向以促進電荷在整體鐵電裝置中轉移。
該摻雜劑以能有效使該本質上具有導電性之有機聚合物之導電率提高至少二或更多個等級、三或更多個等級，或四或更多個等級，至多達五個等級的量使用。例如，該摻雜劑可以根據該本質上具有導電性之有機聚合物之重量計為0.1至10wt%，尤其是0.5至10wt%，1.0至10wt%，2.0wt%至9.0wt%，3.0至8.0wt%，4.0wt%至7.0wt%，或5.0至6.0wt%的量存在。
經摻雜導電有機聚合物可另外包含本技術中已知之各種添加劑，以調整該等聚合物之性質，其條件係此等添加劑不會顯著負面影響該等聚合物的所需性質。此等添加劑之實例包括低分子量且寡聚有機半導體材料、熱固化劑、塑化劑、偶合劑、染料、滯焰劑、濕潤劑、分散劑、填料、黏度改質劑及光敏單體，各添加劑可以本技術中已知的量存在，例如各根據該經摻雜導電有機聚合物之總重計為0.01至10wt%，或0.01至1wt%。在一具體實例中，添加劑之總量各根據該經摻雜導電有機聚合物之總重計為0.01至10wt%，或0.01至1wt%。在另一具體實例中，無或實質上無添加劑存在。低分子量且寡聚有機半導體材料之實例包括蒽、稠四苯、稠五苯、寡聚噻吩、部花青素(melocyanine)、銅酞青、苝、紅螢烯、蔻、雙噻吩蒽等。
經摻雜導電有機聚合物可具有900西門子/公分(S/cm)或更大之導電率。例如，該經摻雜導電聚合物之導電率可為1000S/cm或更大，1200S/cm或更大，1300 S/cm或更大，1400S/cm或更大，至高達2000S/cm。前述實例各者中，導電率係在厚度為65nm之膜、厚度為40nm之膜，或厚度為10nm之膜上測量。如此，應暸解可針對厚度為例如5至150nm，尤其是10至120nm，20至100nm，25至90nm，60至80nm，或10至40nm之膜獲得此等導電率。或者或是此外，經摻雜導電有機聚合物可具有1×105ohm-cm或更低，1×104ohm-cm或更低，1×104ohm-cm或更低，或1×103ohm-cm或更低之電阻率。在前述厚度(例如65nm、40nm)或厚度為10nm之膜可獲致低至100ohm-cm的電阻率。
鐵電層可為有機或無機材料。無機鐵電材料可為選自以下群組之任何適用材料：含有鍵結氧之基團的共用頂點氧八面體化合物及陶瓷複合聚合物，例如鈦酸鋇(BaTiO3)、鈦酸鉛(PbTiO3)、鋯酸鈦酸鉛(PZT)、鋯酸鈦酸鑭(PLZT)、鈮酸鉛鎂(PMN)、鈮酸鉀(KNbO3)、鈮酸鉀鈉(KxNa1-xNbO3)、鈦酸鈮酸鉀(K(TaxNb1-x)O3)及鈦酸鉍(Bi4Ti3O12)。為了獲得撓性裝置，鐵電層較佳為有機，例如鐵電氟化聚合物或寡聚物。此等同元聚合物及共聚物可包含例如式-(CH2-CF2)n-、-(CHF-CF2)n-，或-(CF2-CF2)m-之氟化單元以提供同元聚合物，或其組合以提供諸如-(CH2-CF2)n-(CHF-CF2)m-或-(CH2-CF2)n-(CF2-CF2)m-之共聚物。可使用聚偏二氟乙烯同元聚合物(PVDF,-(CH2-CF2)n-)及聚(偏二氟乙烯-共聚-三氟乙烯)共聚物(p(VDF-TrFE))。其他可能鐵電聚合物包括偶數編號之耐 綸、氰聚合物、聚(脲)及聚(硫脲)。在特定具體實例中，基板為有機且該鐵電層為有機，以提供全有機裝置。
可製造各式各樣包含如本文所述之電極及互連器的鐵電裝置，茲更詳細說明之。例如，如圖1所示，鐵電裝置100(例如記憶體裝置或電容器)包含基板101、配置在該基板上之第一電極106、配置在該第一電極上並與其接觸之鐵電層112，及配置在該鐵電層112上並與其接觸之第二電極116。第二電極116係經圖案化。
鐵電層之平均鐵電偶極矩較佳係定向超出基板平面外，即，與該基板非平行定向，例如與該基板表面(例如實例(a)鐵電材料)實質上垂直定向。同樣的，偶極矩可繞之旋轉的軸(下文表示為鏈軸或c軸)可與該基板之平面實質上平行定向，此使得在施加電場時鐵電偶極矩容易與該基板垂直定向。
本文所使用之「配置在」意指元件可與或可不與其他元件接觸，及每一元件可或可不共延伸。「與...接觸」意指元件可與其他元件完全或部分接觸。如此，其他中介層可配置在基板101與電極106的第一側102之間，且基板101與電極106(未圖示)共延伸或如圖所示不共延伸。然而，電極106之第二側104係與鐵電層112之第一側108完全或部分(未圖示)接觸；且鐵電層112之第二側110係與第二電極116之第一側114完全或部分接觸(未圖示)。
電極106，116中至少一者為包含含有本質上 具有導電性之有機聚合物及能有效提高該本質上具有導電性之有機聚合物之導電率的量之摻雜劑的經摻雜導電有機聚合物。該有機電極可具有1×105ohm-cm或更低，1×104ohm-cm或更低，1×104ohm-cm或更低，或1×103ohm-cm或更低之電阻率。可獲致低至100ohm-cm之電阻率。鐵電層112可為無機或有機。在一具體實例中，電極106，116與鐵電層112二者以及基板101均為有機。
第一電極或第二電極或二者可包含印刷圖案。該印刷圖案可包含實心區區域(例如，諸如點、圓、方塊之形狀或不規則形狀)或線。已意外發現使用包含本質上具有導電性之有機聚合物及摻雜劑之經摻雜導電有機聚合物的水溶液可獲致大小、速度及體積一致之單一液滴的穩定流。該等特徵有利於在任何基板上獲致明確界定之印刷特徵。
範例印刷圖案包含實線。有利地，該等線不交叉。在一些具體實例中，該等線平行。該等線可具有0.1至10cm，0.5至5cm，或1至4cm之長度。該等線之寬度視應用而變化，並且可為1μm至200μm，10至150μm，或25至100μm。該等線之厚度可為5至1000nm，10至1000nm，或5至500nm。圖9圖示鐵電裝置900，其包含基板901、配置在該基板上之第一電極906、配置在該第一電極上並與其接觸之鐵電層912，及配置在該鐵電層912上並與其接觸之第二電極916，該第一電極及第二電極各包含平行實線，且該第一電極之線與該第二 電極之線正交。
在另一具體實例中，本文所述之經摻雜導電有機聚合物可用作鐵電裝置中之互連器，即，電連接至少兩個該鐵電裝置之組件的元件。該互連器可具有1×105ohm-cm或更低，1×104ohm-cm或更低，1×104ohm-cm或更低，或1×103ohm-cm或更低之電阻率。可獲致低至100ohm-cm之電阻率。「互連器」一詞係指在兩個電組件之間提供獨立電路徑(或電連接)之導電元件。本文所使用之「電組件」包括電裝置及在同一電裝置內或在電裝置的層之間的各種組件。電組件之實例包括天線、電容器、二極體、電源、電阻器、接收器、電晶體等。該等電組件中至少一者與鐵電層接觸或含有鐵電層。當互連器係在電組件(諸如天線、電容器、二極體、電源、電阻器、接收器、電晶體等)之間時，該互連器係與裝置的導電元件(例如金屬接點或墊)接觸。或者，如圖2所示，互連器可與電裝置之一或二個電極接觸，該(等)電極繼而與電容器中之鐵電層接觸。
如圖2所示，電裝置200之具體實例包含基板201及配置在該基板上之鐵電層212。電組件220、222亦配置在該鐵電層上，並藉由互連器224電連接。互連器224為包含本文所述之經摻雜導電有機聚合物的有機互連器。電組件220，222可為電裝置200之離散組件，例如為電極。互連器224可連接至電組件。220，224，如此其接觸電組件220，222之全部或一部分。同樣的，互連器 224可為任何構造，例如實質上為長形(例如，線)或為膜，或任何其他適用構造。
如此，可製造各式各樣用於積體電路(IC)的互連器，其分配時脈及其他訊號及提供電力/接地至該等各種IC。互連器可為局域互連器(即，由連接功能塊之非常細微的線組成，通常僅跨越數個閘極並且只佔據第一及有時佔據第二導電層)；中間互連器(即，較寬及較高之線以在功能塊內提供較低電阻及提供時脈及訊號分配，其典型長度至高達3至4毫米)；或全域互連器(在功能塊之間提供時脈及訊號分配，及將電力/接地輸送至所有功能，佔據頂部一或兩個導電層，且通常長於4毫米；隨著晶粒之偏壓降低並且總電流消耗增加，低電阻率全域互連器相當重要)。
在特定具體實例中，本文所述之鐵電裝置為薄膜鐵電裝置，尤其是撓性鐵電薄膜裝置，其中電極、互連器及鐵電層各具有5至1000nm之厚度，其中該厚度係與基板之表面垂直的尺寸。如上述，該等電極及鐵電層可為連續或不連續。在不連續層之情況下，此意指該層的每一部分係與其相鄰部分分開。換言之，不連續層係分開、離散之元件的集合。連續層不一定完全覆蓋表面(其可具有開口或通過該層之通孔)。該電極或互連器為經摻雜導電有機聚合物，且該電極或互連器係配置在該鐵電層至少一個表面上並與其接觸。
例如，薄膜裝置中各層的厚度可為5至1000 nm，10至1000nm，5至500nm，10至500nm，5至200nm，10至200nm，5至100nm，或10至100nm。雖然各組件之厚度視應用而變化，但有機電極可具有5至150nm，10至120nm，15至1000nm，20至90nm，或30至80nm之厚度。該鐵電層可具有5至100nm，10至90nm，15至80nm，20至70nm，或30至60nm之厚度。裝置之總厚度可為例如20至5000nm，或30至3000nm，40至2000nm，或50至1000nm。
因此可製造各種裝置，例如記憶體裝置、非依電性記憶體裝置、電容器、電晶體、二極體，或包含前述至少一者之電裝置。所述之鐵電裝置可位在薄膜之層內以形成較大裝配件，例如積體電路板。
上述裝置及裝置組件可藉由鐵電裝置及電路板以及含有彼等之裝配件的技術中已知之方法製造。在一具體實例中，製造諸如鐵電記憶體裝置或電容器之裝置的方法包括：在基板表面上沉積第一電極，其中該電極可包含經摻雜導電有機聚合物；令該第一電極在該基板反側的電極側上與鐵電層膜接觸；及令該鐵電層與第二電極接觸，其中該電極材料可包含經摻雜導電有機聚合物，其條件係該第一及第二電極中之至少一者為該經摻雜導電有機聚合物。
隨意地，在沉積第一電極之前，對基板進行各種處理，例如清潔、上底漆處理、電暈處理、蝕刻處理、電漿處理等。例如，基板可經特別針對已知污染物 (例如脫離劑)的溶劑清潔。用於聚合物基板之範例溶劑包括去離子水、醇(諸如甲醇、乙醇及異丙醇)、丙酮、乙酸乙酯、氯化烴(諸如二氯甲烷)等，或包含前述溶劑中至少一者之組合物。清潔亦可依序為藉由例如丙酮，然後異丙醇，然後水進行。基板清潔經常在裝置製造之前發生，但亦可在中間階段進行。
或者或是此外，基板可經電暈或電漿處理，例如以使其表面具有親水性，從而促進電荷轉移及與電極之較佳接合。表面處理可例如藉由使該基板之表面曝露於氧電漿。
在預備基板的表面及沉積任何中介層(例如底漆或添加劑)之後，在該基板上沉積第一電極，然後沉積鐵電層，然後沉積第二電極。該等電極可預形成然後轉移至該基板，或可直接形成於前一層上。直接形成通常較佳，尤其是在薄膜裝置中。當第一或第二電極為已知材料(諸如銅層)時，沉積係藉由諸如濺鍍、離子鍍、化學氣相沉積(CVD)、離子束等方法進行。
鐵電層之沉積可進一步藉由本技術中已知之方法進行，例如濺鍍、CVD，或用於無機材料之溶膠-凝膠沉積。鐵電聚合物之薄膜可藉由溶液旋塗或浸漬澆鑄(dip casting)、Langmuir-Blodgett(LB)單層生長，及氣相沉積聚合製造。該等沉積法可在低於200℃之溫度進行，此使得其能使用有機基板。例如，在一具體實例中，在二甲基甲醯胺(DMF)或2-丁酮中PVDF對P(TrFE)之莫耳比 為50/50至80/20的P(VDF-TrFE)共聚物，所得之濃度通常在1wt%至10wt%。然後，旋塗該溶液以提供層。藉由控制旋轉條件、溶液濃度及/或使用多個塗覆程序，可獲得具有各種厚度的膜。例如，旋塗可在100至6000rpm，500至5000rpm，1000至4000rpm，1500至3000rpm，或2000至2500rpm進行例如5至120秒，特別是15至90秒，更特別是20至70秒期間，以形成鐵電層。
鐵電膜可經退火以去除剩餘溶劑或改善結晶度。例如，該等膜可在120至160℃於真空下退火。此程序可獲得厚度50nm至超過1微米且剩餘極化(remnant polarization)超過40mC/m2之膜。替代方法使用Langmuir-Blodgett沉積法以獲得P(VDF-TrFE)70/30共聚物膜，其厚度為5埃至5微米。
類似地，經摻雜導電有機聚合物之沉積可藉由塗覆方法(諸如溶液旋塗或溶液澆鑄)進行。在一具體實例中，沉積係藉由在例如100至6000rpm，500至5000rpm，1000至4000rpm，1500至3000rpm，或2000至2500rpm旋轉-澆鑄本質上具有導電性之有機聚合物、摻雜劑及溶劑之溶液例如5至60秒，15至45秒，或20至40秒之期間以形成初步層。或者，經摻雜導電有機聚合物可例如藉由微影術、噴墨印刷(諸如應需滴落(drop-on-demand)壓電噴墨印刷技術)，或滴落澆鑄(drop casting)而沉積成圖案，以形成圖案化初步層。
形成該層之後使該層在能有效去除溶解經摻 雜導電有機聚合物之殘餘溶劑的溫度退火一段時間，該溶劑通常為水或水與其他溶劑的組合。用以退火之溫度可恆定或可在整個退火程序期間提高，例如可維持在高於玻璃轉化溫度之固定溫度(T-Tg)。
電極可在例如藉由反應性離子蝕刻(RIE)進行熱退火之前或之後進一步圖案化。例如，在反應性離子蝕刻中，將含有所需電極圖案之遮罩放置在電極膜頂部，並將高度定向通量之能量反應性離子輸送至該材料表面。如此進行時，由於未上遮罩樣本係由反應性離子蝕刻掉，發生電極膜層之精確受控制圖案化。
製造互連器之方法包括令電裝置第一電組件及第二電組件與經摻雜導電有機聚合物接觸以在裝置之間形成電連接，其中該等組件之一或二者接觸或包含鐵電層。該互連器可由微影術、噴墨印刷或滴落澆鑄形成以提供圖案，或可沉積膜並例如藉由REI從該膜形成形狀或圖案。
因經摻雜導電聚合物(諸如經摻雜聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)(PEDOT/PSS)、經摻雜聚(苯胺)(PANI)等)在較高頻率(大約1MHz)下具有高介電常數、可撓性、透明度、低溫加工性及提供大面積及低成本沉積技術(諸如旋塗及噴墨印刷)的可能性之故，彼等因而可作為金屬組件(諸如電極及互連器)的替代物。可使用各式各樣撓性基板，包括合成聚合物、紙、布，或其他天然物質，此使得可製造包含該等鐵電裝置之對應各式各樣物 件。因此，現在可對諸如鈔票、衣物、信用卡、現金卡(debit card)、保全裝置或食品等多樣化物件設置諸如記憶體裝置、電容器、感測器等電裝置。
總之，本文所揭示為包含以下之鐵電裝置：基板，較佳為有機聚合物基板；配置在該基板上之第一電極；配置在該第一電極上並與其接觸之鐵電層；及配置在該鐵電層上並與其接觸之第二電極，其可為無機或有機鐵電層，諸如氟化聚合物、氟化共聚物或包含前述至少一者的組合物，其中該第一電極及第二電極中之至少一者為包含以下之有機電極：經摻雜導電有機聚合物，例如本質上具有導電性之有機聚合物(例如聚(伸苯基)、聚(萘)、聚(薁)、聚(茀)、聚(芘)、聚(吡咯)、聚(咔唑)、聚(吲哚)、聚(氮呯)、聚(苯胺)、聚(噻吩)、聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)、聚(對苯硫醚)、聚(乙炔)、聚(對伸苯基乙烯)、前述聚合物之共聚物、或包含前述聚合物或共聚物中至少一者之組合物，及較佳為聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)、聚(苯胺)、聚(吡咯)或包含前述本質上具有導電性之有機聚合物至少一者之組合物)，及能該本質上具有導電性之有機聚合物之導電率有效提高例如至少二或更多個等級的量之摻雜劑，例如根據該有機聚合物計為2.0至10.0wt%的具有120℃或更高之沸點，且與該本質上具有導電性之有機聚合物與水的溶液可混溶之有機化合物(例如乙二醇、2-丁酮、二甲亞碸、二甲基甲醯胺、甘油、山梨醇、六甲基磷醯胺或包含前述摻雜劑中至少一者之組合 物)；隨意地，其中以下條件中之一或多者適用：在65nm之厚度測量時，該有機電極之導電率為900西門子/公分或更大；該有機電極之電阻率為1×105ohm-cm或更低；該基板為有機基板，該鐵電層為有機鐵電層，而該第一及第二電極各為有機電極，例如其中該鐵電層包含聚(偏二氟乙烯-共聚-三氟乙烯)；且該等有機電極各包含摻雜二甲亞碸之聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)；該第一電極、該第二電極或二者各具有60至120nm之厚度；該第一電極、該第二電極或二者均經圖案化，例如具有實線，例如平行線；且該第一電極之線與該第二電極之線正交；該裝置為撓性。在前述具體實例任一者中，該裝置為記憶體裝置、電容器、電晶體或二極體。
鐵電裝置之前述具體實例的任一者可藉由包括以下之方法製造：將第一電極配置在基板上；將鐵電層配置在該第一電極上；及將第二電極配置該鐵電層上，其中該第一電極或第二電極中至少一者為包含經摻雜導電有機聚合物的有機電極，且其中配置該有機電極包括：從包含本質導電性聚合物、摻雜劑及溶劑之組成物形成層；及從該層移除該溶劑以提供該電極；隨意地另外包括在沉積該第一電極之前清洗該基板被該第一電極接觸之側；及隨意地另外包括在沉積該第一電極之前電漿處理該基板被該第一電極接觸之側。該方法可另外包括隨意地例如藉由反應性離子蝕刻圖案化該第二電極。沉積有機電極可藉由噴墨印刷從包含本質導電性聚合物、摻雜劑及溶劑之組成物 形成圖案化層；及從該圖案化層移除該溶劑以提供該電極。如上述，該圖案化層可包含實線，例如其中該第一電極及第二電極二者均包含平行線；且該第一電極之線與該第二電極之線正交。
在另一具體實例中，電裝置包含電連接該電裝置之至少兩個元件的互連器，其中該互連器包含經摻雜導電有機聚合物，例如本質上具有導電性之有機聚合物(例如聚(伸苯基)、聚(萘)、聚(薁)、聚(茀)、聚(芘)、聚(吡咯)、聚(咔唑)、聚(吲哚)、聚(氮呯)、聚(苯胺)、聚(噻吩)、聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)、聚(對苯硫醚)、聚(乙炔)、聚(對伸苯基乙烯)、前述聚合物之共聚物、或包含前述聚合物或共聚物中至少一者之組合物，及較佳為聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)、聚(苯胺)、聚(吡咯)或包含前述本質上具有導電性之有機聚合物至少一者之組合物)，及隨意地其中該經摻雜導電有機聚合物包含前述本質上具有導電性之有機聚合物及能該本質上具有導電性之有機聚合物之導電率有效提高的量之摻雜劑，例如根據該有機聚合物計為2.0至10.0wt%的具有120℃或更高之沸點，且與該本質上具有導電性之有機聚合物與水的溶液可混溶之有機化合物(例如乙二醇、2-丁酮、二甲亞碸、二甲基甲醯胺、甘油、山梨醇、六甲基磷醯胺或包含前述摻雜劑中至少一者之組合物)。例如，裝置包含鐵電層(其可為無機或有機鐵電層，諸如氟化聚合物、氟化共聚物或包含前述至少一者的組合物)及互連器，該鐵電層接觸的 前述其中該互連器電連接該電裝置的二或更多個元件，隨意地，其中以下條件中之一或多者適用：在65nm之厚度測量時，該互連器導電率為900西門子/公分或更大；該互連器之電阻率為1×104ohm-cm或更低。在前述具體實例任一者中，包含該互連器之裝置為記憶體裝置、電容器、電晶體或二極體。
以下實例僅為本文所揭示之裝置及方法的舉例說明，並且無意限制本文所揭示之裝置及方法的範圍。
實施例
實施例1
評估三種聚合物作為鐵電電容器之撓性基板：聚醚醯亞胺(ULTEM® 1000B)、聚碳酸酯(LEXAN® 8010)及聚(對苯二甲酸乙二酯)(PET ST 506)，彼等各來自Sabic Innovative Plastios。下表顯示這三種不同基板的一些基本性質之比較。
各基板之溫度安定性另外藉由在真空下曝露於140℃為時4小時之後觀察予以測試。ULTEM® 1000B 顯示最佳熱安定性(未顯示資料)。雖然ULTEM® 1000B具有中等光透射，因其優異耐溶劑性、高玻璃轉化(Tg=217℃)及極光滑表面(Rrms=0.44nm)，其為較佳基板。ULTEM®基板另外具有優異機械及化學性質。
實施例2
參考圖1，鐵電裝置100係在具有介於兩個高導電性經摻雜聚合物電極106及116之間的鐵電薄膜112之撓性基板101上製造。
在裝置製造之前，使用丙酮、異丙醇(IPA)，然後以去離子(DI)水清潔高性能聚(醚醯亞胺)基板(ULTEM® 1000B)10分鐘。然後將該基板曝露於氧電漿，使之具有親水性。聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)(CLEVIOSTM PH-1000(Heraeus))係摻雜4wt%二甲亞碸(DMSO)(以PEDOT-PSS之重量計)以提高其導電率。然後藉由將經摻雜聚合物之溶液以1500rpm旋製30秒來沉積第一聚合物電極，以形成初步層，接著在熱板上於120℃退火30分鐘以去除水及使該層緻密。聚(偏二氟乙烯-共聚-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))溶解於2-丁酮(亦習知為甲基乙基酮(MEK))中之2wt%溶液係以3000rpm旋製60秒以形成約120nm厚之活性鐵電層。將該堆疊基板、第一電極及鐵電層在熱板上於80℃退火30分鐘，然後在真空爐中於135℃退火4小時，以改善該鐵電聚合物之結晶度。最後，第二聚合物電極係在與第一電極 相似條件下旋製，並藉由最佳化反應性離子蝕刻(RIE)程序在氧電漿中圖案化。使用蒸鍍(圖案化)Au作為硬遮罩，在10W之RF功率、O2之13mTorr下進行蝕刻20秒。
如圖3及圖4所示，具有高導電性聚合物電極的鐵電記憶體裝置展現與使用金屬(Pt)電極所製造之相同裝置相似的性能。本質電極化係經由正上負下(positive-up negative-down(PUND))法測定。該等PUND測量係在125MV/m之飽和場進行。第一脈衝將樣本預設為已知極化狀態(即，+/-)，但未做任何測量。接下來之脈衝各用於測量兩個PUND參數，其中一者在最大施加電壓，且一者在該脈衝之後的零伏特。該等脈衝交替切換該樣本(P*測量)，然後以無切換狀態重複(P^測量)。兩個最終脈衝為相反信號以完全表示該樣本在兩種極化狀態中之特徵。
圖3顯示極化(P)之磁滯迴線與電場(E)的相對關係，其係在10Hz之脈衝頻率下測量。圖3之插圖(示於圖4)為具有鉑(Pt)電極、低導電性聚合物(PSS)及高導電性聚合物電極(摻雜DMSO之PEDOT/PSS)的裝置之所測得矯頑場的正側之放大影像。如圖所示，包含具有摻雜DMSO之PEDOT/PSS的電極膜之鐵電裝置顯示在相同電極厚度處與具有鉑電極之鐵電裝置匹配的性能。如圖4所示，相較於PSS電極之約125厄斯特(Oe)的矯頑性，鉑及摻雜DMSO之PEDOT/PSS的電極的矯頑性相似，為約100Oe。不受理論限制，一般認為該性能歸因於高導電率所致之跨聚合物電極層的可忽略電壓降。
圖5及圖6顯示極化隨著時間(作為時間之函數)的速率改變之頻率分布曲線。圖5中觀察到之峰代表達到極化中完全反轉的時間。如圖5中所示，達到摻雜DMSO之PEDOT/PSS電極中之極化中完全反轉的時間與鉑電極中達到極化中完全反轉的時間相當，為約1.0毫秒(ms)，並且比PSS電極之超過1.0ms的切換時間更尖銳。此外，如圖6所示，相較於PSS電極，摻雜DMSO之PEDOT/PSS膜電極的殘餘極性與鉑電極相似。
如圖3至6所示，具有高度導電性聚合物電極之裝置展現與具有金屬互連器(例如電極)之裝置相當的低矯頑場、低切換時間及在高頻率下之優異介電反應。
圖7顯示使用在102至106Hz之間的交替極性之掃頻，測量具有鉑、PSS及摻雜DMSO之PEDOT/PSS底部電極之相同裝置的介電常數(左軸)及介電損失(右軸)的介電光譜研究之結果。如圖7所示，在包含與並聯電阻器及電容器串聯連接的電阻器之電路中，在超出受測頻率範圍(例如，電場極性交替之頻率)，摻雜DMSO之PEDOT：PSS電極與鉑電極之間的介電常數或介電損失(例如，移除電場之後偶極的損失)無差異。圖7中，Rs係指歸因於電極之「串聯電阻」，而下標「f」係指其中Rf及Cf分別為鐵電層之電阻及電容的鐵電膜。如圖7所示，灰底區域顯示各種電極之串聯電阻的影響，該影響可在介於8.0×103至3.0×104Hz之頻率範圍的未經摻雜PEDOT：PSS電極、經摻雜PEDOT：PSS及Pt電極之 介電常數差異中看出。如圖7所示，未經摻雜PEDOT：PSS在102與約1.5×104Hz之間的頻率經歷交替極性時，介電常數急劇損失並且展現超過一個等級之介電損失。在相同頻率範圍下，經摻雜PEDOT：PSS顯示可忽略介電常數改變及介電損失，並且與鉑電極相當。
圖8圖示裝置之電疲乏性質，其顯示具有三種不同類型之電極(鉑、PSS及摻雜DMSO之PEDOT：PSS)的裝置之鐵電層的相對極化。圖8中所使用之膜係在80MV/m及100Hz頻率下受到應力。測量並顯示鐵電性質隨著累積極化轉換循環的劣化。如圖所示，在較長累積轉換循環期間，摻雜DMSO之PEDOT/PSS的電極顯示比鉑電極更少疲乏(殘餘極化損失)。不希望受到理論限制，相對極化增加可為電荷及/或形狀記憶效應對於聚合物之結果。如此，即使在高轉換頻率下摻雜DMSO之PEDOT/PSS層亦可用作局域及全域互連器。(見圖7)此外，證明使用該等聚合物電極相對於使用金屬電極改善疲乏。(見圖8)
實施例3
在超音波振盪器中以丙酮及IPA然後以DI水之特定順序清潔撓性透明基板ULTEM® 1000B各10分鐘。半導體聚合物PEDOT：PSS(得自Sigma Aldrich，於水中之1.3wt%分散液)分別經乙二醇(EG)及DMSO以5：2：1體積比稀釋，下文稱為「PEDOT：PSS油墨」。將得 自法國Piezotech S.A.之鐵電聚合物P(VDF-TrFE)(70至30莫耳%)溶解於無水甲基乙基酮(MEK)為濃度30mg/mL並在經N2吹洗之手套箱內部於室溫下攪拌隔夜。
Jetlab® II Precision Printing Platform (Microfab Technologies Inc.)係用於噴墨印刷PEDOT：PSS線。分配時係由油墨貯槽、整合之過濾器及具有60μm口徑之噴嘴組成。該貯槽填滿經0.45μm PTFE注射器過濾器過濾之PEDOT：PSS油墨。至壓電列印頭之輸入電壓信號振幅、上升/暫停時間及頻率方面經最佳化以在1.2米/秒之平均速度一致地注射直徑(55μm)與噴嘴口徑大約近似且體積為約90微微升之液滴。該台速、液滴間隔及基本下降頻率分別調整至2mm/秒、40μm及50Hz，同時基板溫度固定在60℃。印刷之PEDOT：PSS線的尺寸為約2cm×60μm×500nm(長×寬×高)。鐵電聚合物P(VDF-TrFE)係旋塗在該經印刷底部電極之頂部上，然後在80℃輕度烘烤30分鐘。然後該膜在真空中於130℃退火4小時，以獲得鐵電β相。就頂部電極而言，PEDOT：PSS線係與底部電極成正交噴墨印刷，形成鐵電電容器之十字花紋陣列。在電特徵化之前，該等裝置最後在80℃熱板上退火30分鐘。
使用Zygo白光干涉儀系統拍攝裝置之3D表面輪廓。基板及印刷線之表面粗糙度(Rrms)係使用原子力顯微鏡(AFM，Agilent 5400)測量。鐵電層與PEDOT：PSS線之厚度係藉由Dektak表面測平儀測量並藉由AFM校 驗。電容器係使用Premier Precision II鐵電測試儀(Radiant Technologies Inc.)及Keithley 4200半導體參數分析儀表示特徵。
圖10(上排)(i-iv)顯示一系列在不同時間延遲之PEDOT：PSS液滴形成及脫離的頻閃飛行中影像，其係藉由與噴嘴成一直線安裝之CCD照相機所拍攝。在至低30Hz之頻率亦維持單一液滴注射，此表示良好安定性及噴射可靠度。另一方面，P(VDF-TrFE)溶液的表現像形成液滴及在非常高電壓下斷裂成多個小型衛星液滴(satellite drops)之前伸長的尾隨尾部或帶狀(ligament)的黏彈性流體。或是該等液滴可在撞擊並形成具有過大體積之大型液滴或形成多個游離液滴從而導致印刷圖案清晰度不良之前，與飛行中之前導液滴合併。濃度為10mg/mL之溶解於二甲基甲醯胺(DMF)中的P(VDF-TrFE)之液滴伸長率係顯示於圖10(下排)(i-iv)。即使濃度低至0.1wt%，在40V下該伸長之尾部亦不會斷裂，此可歸因於P(VDF-TrFE)溶液之高分子量及表面張力。
圖11(a)顯示在ULTEM® 1000B基板上之PEDOT：PSS線的印刷縱行的光學顯微鏡影像。藉由最佳化液滴間隔、噴射頻率及所施加電壓信號而獲得具有平滑邊緣之線。施加具有±22V之振幅、上升/下降時間=3微秒、暫停時間=18微秒及下降頻率=600Hz之典型電壓脈衝，以印刷均勻連續PEDOT：PSS線，如圖11(b)所示。在大於25V之電壓下，觀察到造成游離噴射之衛星液 滴，其負面地影響線的清晰度。圖11(c)顯示在塑膠基板上之印刷PEDOT：PSS線邊緣的AFM影像(高度回掃)。橫跨PEDOT：PSS線所量得之階級高度為約500nm，其與Dektak測平儀測量一致。藉由AFM在10μm×10μm掃描區域上所量得之高粗糙度值(Rrms=27nm)(顯示於圖11(d))明顯高於旋塗膜。此可歸因於：(a)造成溶質移動之高基板溫度(約60℃)；及(b)個別相鄰液滴因液滴間隔縮小而形成實線所致之重疊。
從3wt%溶液旋塗大約250nm厚之P(VDF-TrFE)層以防止裝置因下方PEDOT：PSS電極之高粗糙度所導致的電短路。鐵電層退火之後，將另一組作為頂部電極之PEDOT：PSS線正交地噴墨印刷至該底部電極。裝置之示意圖係示於圖9，其中該等電極包含噴墨印刷之PEDOT：PSS的正交線，且該鐵電層包含P(VDF-TrFE)。使用Zygo干涉儀拍攝之實際裝置中的印刷線之表面輪廓係示於圖12(a)。可看出在高基板溫度印刷時PEDOT：PSS線具有凹面輪廓。毛細管驅動液滴從中央流向邊緣補償蒸發損失並朝接觸線輸送溶質，從而造成凹面輪廓。圖示說明透明度及可撓性之塑膠基板上的裝置之實際照片分別顯示於圖12(b)及(c)。
在1Hz及10Hz下對原始狀態裝置測量之在噴墨印刷PEDOT：PSS底部電極上的P(VDF-TrFE)膜之充分飽和且對稱磁滯曲線係示於圖13(a)。鐵電電容器展現之剩磁極化(Pr)及平均低矯頑場(Ec)分別為約6.5μC/cm2 及55MV/m。低矯頑場可歸因於藉由添加高沸點溶劑(諸如DMSO)而使印刷PEDOT：PSS電極之導電率提高。添加DMSO亦改善濕潤性質及電極與介電質的界面安定性。裝置之鐵電表現另外係藉由至高達至100kHz所測得的電容-電壓(C-V)或「蝴蝶」曲線確認。圖13(b)顯示在1kHz測得約45nF/cm2之峰值電容密度，其在100kHz降至約35nF/cm2。該等值比金屬電極略低，但與其他旋轉-澆鑄聚合物電極(諸如聚苯胺(PANI)或聚吡咯(Ppy))相當或更佳。在100Hz於室溫下測量之介電常數(εr)及介電損失(tan δ)分別為12.7及0.05。圖13(c)顯示室溫下裝置之相對介電係數及介電損失相對於頻率的圖表。在10kHz及50kHz分別為7.8及2.2之介電常數下降可歸因於橫跨電極的高串聯電阻。此問題可藉由提高PEDOT：PSS油墨的導電率而減緩。然而，由該實例之裝置所獲致的值與具有相似P(VDF-TrFE)厚度之旋轉-澆鑄聚合物或金屬電極的其他所報告裝置相當。
就待用於非揮發性記憶體應用之有機鐵電電容器而言，的是具有長操作壽命。長期裝置可靠度係由極化疲乏及資料保留決定。極化疲乏係定義為隨著重複轉換或使用循環之剩磁極化(Pr)量降低。具有噴墨印刷底部及頂部PEDOT：PSS電極之裝置的疲乏表現係示於圖14(a)。裝置係在高到足以使每次疲乏循環中造成偶極轉換之10Hz的頻率及±30V(相當於約120MV/m之電場)下受到應力，然後進行10ms脈衝寬度之正上負下(PUND) 測量。圖14(a)之插圖圖示說明該研究中所使用之疲乏的電壓曲線及PUND測量。從圖14(a)可看出在105次循環之後，P(VDF-TrFE)電容器保留約45%原始極化。此與圖14(b)所示，在疲乏之前及之後於10Hz所測得之極化迴線看到的剩磁極化下降一致。該等資料與旋塗之PEDOT：PSS底部及頂部電極的疲乏表現一致。矯頑場只有少許提高(低於10%)，其可歸因於鐵電膜中之電荷注入所造成的瑕疵。所捕獲之電荷所產生的內部電場與外部電場反向作用，導致P(VDF-TrFE)中之鐵電域的轉換電壓明顯提高。
本文所使用之「電子裝置」可包括一或多個電子組件。該一或多個電子組件可另外包括一或多個薄膜組件，其可由一或多層薄膜形成。「薄膜」一詞係指一或多種材料形成某一厚度之層，使得可觀察到該一或多種材料的表面性質，而且該等性質可與整塊材料性質不同。薄膜可另外稱為組件層，且一或多個組件層可包含一或多層材料，其可稱為例如材料層。該一或多個材料或組件層可具有電或化學性質，諸如導電率、化學界面性質、電荷流或加工性。
通常，本文中揭示之組成物及物件可或者包含本文所揭示之任何適當組分、由其組成或實質上由組成。該等組成物及物件可另外或是或者經調配，以使得缺乏或實質上不含任何先前技術中所使用之組分、材料、成分、佐劑或物質，否則不一定獲致本組成物之功能及/或目標。
本文所揭示之所有範圍係包括端點，且該等端點可獨立地彼此組合(例如「至高達25wt%，或者更特別是5wt%至20wt%」之範圍包括例如「5wt%至25wt%」之範圍的端點及所有中間值)。「組合」包括摻合物、混合物、合金、反應產物等。此外，本文之「第一」、「第二」等不表示任何順序、數量或重要性，而是用以區分一個元件與另一元件。除非本文另外指定或上下文清楚相互抵觸，否則本文中之用語「一」及「該」不表示數量限制，且應視為涵括單數及複數。「或」意指「及/或」。說明書全文中提及「一個具體實例」、「其他具體實例」、「一具體實例」等意指與該具體實例相關之所述特定元件(例如特徵、結構及/或特性)係包括在本文所述之至少一個具體實例中，且可或可不存在其他具體實例中。此外，應暸解所述元件在各種具體實例中可以任何適用方式結合。
雖然已描述特定具體實例，但申請人或其他熟悉本技術之人士可發現目前未預見或可能未預見的替代、修改、變化、改良及實質上等效物。因此，附錄申請專利範圍如所申請且可經修正以包括所有此等替代、修改、變化、改良及實質上等效物。
100‧‧‧鐵電裝置
101‧‧‧基板
102‧‧‧第一電極106之第一側
104‧‧‧第一電極106之第二側
106‧‧‧第一電極
108‧‧‧鐵電層112之第一側
110‧‧‧鐵電層112之第二側
112‧‧‧鐵電層
114‧‧‧第二電極116之第一側
116‧‧‧第二電極

Claims (45)

  1. 一種鐵電裝置，其包含：有機基板；配置在該有機基板上之第一電極；配置在該第一電極上並與其接觸之鐵電層；及配置在該鐵電層上並與其接觸之第二電極，其中該第一電極及第二電極各自為包含經摻雜導電有機聚合物之有機電極。
  2. 如申請專利範圍第1項之鐵電裝置，其中在65nm之厚度測量時，該有機電極之導電率為900西門子/公分或更大。
  3. 如申請專利範圍第1至2項中任一項之鐵電裝置，其中該有機電極之電阻率為1×105ohm-cm或更低。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之鐵電裝置，其中該有機基板包含有機聚合物。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之鐵電裝置，其中該鐵電層為包含氟化聚合物、氟化共聚物或包含前述至少一者的組合物之有機鐵電層。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之鐵電裝置，其中該鐵電層為無機鐵電層。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之鐵電裝置，其中該經摻雜導電有機聚合物包含本質上具有導電性之有機聚合物及具有能有效提高該本質上具有導電性之有機聚合物之導電率的量之摻雜劑。
  8. 如申請專利範圍第7項之鐵電裝置，其中該本質上具有導電性之有機聚合物為聚(伸苯基)、聚(萘)、聚(薁)、聚(茀)、聚(芘)、聚(吡咯)、聚(咔唑)、聚(吲哚)、聚(氮呯)、聚(苯胺)、聚(噻吩)、聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)、聚(對苯硫醚)、聚(乙炔)、聚(對伸苯基乙烯)、前述聚合物之共聚物、或包含前述聚合物或共聚物中之至少一者之組合物。
  9. 如申請專利範圍第8項之鐵電裝置，其中該本質上具有導電性之有機聚合物為聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)、聚(苯胺)、聚(吡咯)或包含前述本質上具有導電性之有機聚合物中之至少一者之組合物。
  10. 如申請專利範圍第7項之鐵電裝置，其中該摻雜劑以能有效使該本質上具有導電性之有機聚合物之導電率提高二等級或更多個等級的量存在。
  11. 如申請專利範圍第7項之鐵電裝置，其中該摻雜劑為具有120℃或更高之沸點，且與該本質上具有導電性之有機聚合物和水的溶液可混溶之有機化合物。
  12. 如申請專利範圍第11項之鐵電裝置，其中該摻雜劑為乙二醇、2-丁酮、二甲亞碸、二甲基甲醯胺、甘油、山梨醇、六甲基磷醯胺或包含前述摻雜劑中之至少一者之組合物。
  13. 如申請專利範圍第7項之鐵電裝置，其中該摻雜劑以根據該本質上具有導電性之有機聚合物之重量計為2.0至10.0wt%的量存在。
  14. 如申請專利範圍第1或2項之鐵電裝置，其中該鐵電層為有機鐵電層。
  15. 如申請專利範圍第1或2項之鐵電裝置，其中該鐵電層包含聚(偏二氟乙烯-共聚-三氟乙烯)；且該等有機電極各包含摻雜二甲亞碸之聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)。
  16. 如申請專利範圍第1或2項之鐵電裝置，其中該第一電極、該第二電極或二者各具有60至120nm之厚度。
  17. 如申請專利範圍第1或2項之鐵電裝置，其中該第一電極、該第二電極或二者係經圖案化。
  18. 如申請專利範圍第17項之鐵電裝置，其中該第一電極、該第二電極或二者包括實線。
  19. 如申請專利範圍第18項之鐵電裝置，其中該第一電極及第二電極二者均包含平行線；且該第一電極之線與該第二電極之線正交。
  20. 如申請專利範圍第1或2項之鐵電裝置，其中該裝置為撓性。
  21. 如申請專利範圍第1或2項之鐵電裝置，其中該裝置為記憶裝置、電容器、電晶體或二極體。
  22. 一種製造鐵電裝置之方法，該方法包括：將第一電極配置在有機基板上；將鐵電層配置在該第一電極上；及將第二電極配置該鐵電層上，其中該第一電極或第二電極各自為包含經摻雜導電有機聚合物的有機電極，且其 中配置該有機電極包括：從包含本質導電性聚合物、摻雜劑及溶劑之組成物形成層；及從該層移除該溶劑以提供該電極。
  23. 如申請專利範圍第22項之方法，其另外包括在沉積該第一電極之前清洗該有機基板之被該第一電極接觸之側。
  24. 如申請專利範圍第22至23項中任一項之方法，其另外包括在沉積該第一電極之前電漿處理該有機基板之被該第一電極接觸之側。
  25. 如申請專利範圍第22或23項之方法，其另外包括圖案化該第二電極。
  26. 如申請專利範圍第23項之方法，其中該圖案化係藉由反應性離子蝕刻予以進行。
  27. 如申請專利範圍第22或23項之方法，其中配置該有機電極包括藉由噴墨印刷從包含本質導電性聚合物、摻雜劑及溶劑之組成物形成圖案化層；及從該圖案化層移除該溶劑以提供該電極。
  28. 如申請專利範圍第27項之方法，其中該圖案化層包含實線。
  29. 如申請專利範圍第28項之方法，其中該第一電極及第二電極二者均包含平行線；且該第一電極之線與該第二電極之線正交。
  30. 一種電裝置，其包含電連接該電裝置之至少兩個元件的互連器，其中該互連器包含經摻雜導電有機聚合物。
  31. 如申請專利範圍第30項之電裝置，其包含鐵電層及與該鐵電層接觸之互連器，其中該互連器電連接該電裝置的二或更多個元件。
  32. 如申請專利範圍第30至31項中任一項之裝置，其中在65nm之厚度測量時，該互連器導電率為900西門子/公分或更大。
  33. 如申請專利範圍第30或31項之裝置，其中該互連器之電阻率為1×104ohm-cm或更低。
  34. 如申請專利範圍第30或31項之裝置，其中該鐵電層為包含氟化聚合物、氟化共聚物或包含前述至少一者的組合物之有機鐵電層。
  35. 如申請專利範圍第30或31項之裝置，其中該鐵電層為無機鐵電層。
  36. 如申請專利範圍第30或31項之裝置，其中該經摻雜導電有機聚合物包含本質上具有導電性之有機聚合物及具有能有效提高該本質上具有導電性之有機聚合物之導電率的量之摻雜劑。
  37. 如申請專利範圍第36項之裝置，其中該本質上具有導電性之有機聚合物為聚(伸苯基)、聚(萘)、聚(薁)、聚(茀)、聚(芘)、聚(吡咯)、聚(咔唑)、聚(吲哚)、聚(氮呯)、聚(苯胺)、聚(噻吩)、聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)、聚(對 苯硫醚)、聚(乙炔)、聚(對伸苯基乙烯)、前述聚合物之共聚物、或包含前述聚合物或共聚物中至少一者之組合物。
  38. 如申請專利範圍第37項之裝置，其中該本質上具有導電性之有機聚合物為聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)、聚(苯胺)、聚(吡咯)或包含前述本質上具有導電性之有機聚合物中之至少一者之組合物。
  39. 如申請專利範圍第36項之裝置，其中該摻雜劑以能有效使該本質上具有導電性之有機聚合物之導電率提高二等級或更多個等級的量存在。
  40. 如申請專利範圍第36項之裝置，其中該摻雜劑為具有120℃或更高之沸點，且與該本質上具有導電性之有機聚合物和水的溶液可混溶之有機化合物。
  41. 如申請專利範圍第40項之裝置，其中該摻雜劑為乙二醇、2-丁酮、二甲亞碸、二甲基甲醯胺、甘油、山梨醇、六甲基磷醯胺或包含前述摻雜劑中之至少一者之組合物。
  42. 如申請專利範圍第36項之裝置，其中該摻雜劑以根據該本質上具有導電性之有機聚合物之重量計為2.0至10.0wt%的量存在。
  43. 如申請專利範圍第30或31項之裝置，其中該鐵電層包含聚(偏二氟乙烯-共聚-三氟乙烯)；且該互連器包含摻雜二甲亞碸之聚(3,4-伸乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸酯)。
  44. 如申請專利範圍第30或31項之裝置，其中該裝 置為撓性。
  45. 如申請專利範圍第30或31項之裝置，其中該裝置為記憶裝置、電容器、二極體或電晶體。
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